JP6186989B2

JP6186989B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP6186989B2
Application number: JP2013155643A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　博之; 博之鈴木
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: JP2015026521A

Description

この発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

近年、エネルギー供給源として燃料電池を使用した燃料電池システムの開発が行われている。燃料電池システムでは、積層された複数の燃料電池セルによって構成される燃料電池において、各セルのアノードに水素ガス等の燃料ガスが供給され、各セルのカソードに酸素を含む空気等の酸化剤ガスが供給され、各セルで水素及び酸素を酸化還元反応（電気化学反応）させて電気エネルギーが生成される。そして、燃料電池システムの様々な制御方法が開発されている。 In recent years, a fuel cell system using a fuel cell as an energy supply source has been developed. In a fuel cell system, in a fuel cell composed of a plurality of stacked fuel cells, a fuel gas such as hydrogen gas is supplied to the anode of each cell, and an oxidant gas such as air containing oxygen at the cathode of each cell Is supplied, and hydrogen and oxygen are oxidized and reduced (electrochemical reaction) in each cell to generate electric energy. Various control methods for fuel cell systems have been developed.

例えば、特許文献１には、燃料電池（燃料電池スタック）への要求発電量が変化した際の燃料電池システムの制御方法が記載されている。この制御方法では、燃料電池への要求発電量が高い状態から低い状態に遷移する場合、燃料電池へ供給する酸化剤ガスの圧力が下げられ、このとき、酸化剤ガスの圧力値の変化量に応じて、燃料電池から取り出す電流値を変化させる。つまり、酸化剤ガス圧力の変化分の燃料ガス（水素ガス）圧力を落とすために消費すべき水素量が計算され、この消費すべき水素量に対応した電流値を燃料電池から取り出す電流値とされる。そして、圧力が落とされた燃料ガス圧力が目標とする圧力以下になると、燃料電池から取り出す電流値が要求発電量に対応する電流値に設定される。 For example, Patent Document 1 describes a control method of a fuel cell system when a required power generation amount to a fuel cell (fuel cell stack) changes. In this control method, when the required power generation amount to the fuel cell transitions from a high state to a low state, the pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell is lowered, and at this time, the amount of change in the pressure value of the oxidant gas Accordingly, the current value taken out from the fuel cell is changed. In other words, the amount of hydrogen to be consumed for reducing the fuel gas (hydrogen gas) pressure corresponding to the change in the oxidant gas pressure is calculated, and the current value corresponding to the amount of hydrogen to be consumed is taken as the current value for extracting from the fuel cell. The When the pressure of the fuel gas that has been reduced falls below the target pressure, the current value extracted from the fuel cell is set to a current value corresponding to the required power generation amount.

特開２００６−１５６１６５号公報JP 2006-156165 A

しかしながら、特許文献１の燃料電池システムの制御方法では、酸化剤ガスの圧力値の変化量に応じて、燃料電池から取り出す電流値を変化させているため、燃料電池のセルの電圧が不安定になり、出力が不安定になるおそれがある。特に、燃料電池の要求発電量が低い状態で電圧が不安定になると、出力の安定性に与える影響が大きくなる。 However, in the control method of the fuel cell system of Patent Document 1, the current value taken out from the fuel cell is changed according to the amount of change in the pressure value of the oxidant gas, so that the cell voltage of the fuel cell becomes unstable. The output may become unstable. In particular, when the voltage becomes unstable while the required power generation amount of the fuel cell is low, the influence on the output stability becomes large.

この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池の出力の変化時における電圧の安定性を向上させる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that improves the voltage stability when the output of the fuel cell changes.

上記の課題を解決するために、この発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電気エネルギーを生成する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池に酸化剤ガスを送る酸化剤ガスポンプと、燃料電池が生成する電気エネルギーを制御して出力する制御手段とを備え、制御手段は、燃料ガス供給源からの燃料ガスの供給が停止した状態の燃料電池に対して、通常運転させるための電気エネルギーの出力を開始させる際、燃料電池から出力する電気エネルギーに対して目標出力電圧を設定し、燃料電池に対して、出力電圧を目標出力電圧に維持させつつ、燃料電池に送られる酸化剤ガスの流量に対応する電気エネルギーを出力させる。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by reacting a fuel gas supplied from a fuel gas supply source with an oxidant gas. The control means includes an oxidant gas pump for sending an oxidant gas to the fuel cell, and a control means for controlling and outputting the electric energy generated by the fuel cell, and the control means stops the supply of the fuel gas from the fuel gas supply source. When starting the output of electrical energy for normal operation of the fuel cell in a state that has been set, a target output voltage is set for the electrical energy output from the fuel cell, and the output voltage is targeted for the fuel cell. While maintaining the output voltage, electrical energy corresponding to the flow rate of the oxidant gas sent to the fuel cell is output.

上記燃料電池システムは、燃料電池に送られる酸化剤ガスの流量を検出する酸化剤ガス流量検出手段をさらに備え、制御手段は、酸化剤ガス流量検出手段による検出値を使用してもよい。
制御手段は、燃料電池への酸化剤ガス流量に対応する燃料電池の電気エネルギーにおける出力電圧及び出力電流の相関関係に基づき、燃料電池に送られる酸化剤ガスの流量に対応する電気エネルギーに対する目標出力電圧に対応する出力電流を算出し、算出した出力電流及び目標出力電圧で燃料電池に電気エネルギーを出力させてもよい。
制御手段は、目標出力電圧を設定する際に、燃料電池に供給する目標酸化剤ガス流量を設定し、目標酸化剤ガス流量に対応する電気エネルギーにおける出力電圧及び出力電流の相関関係に基づき、目標出力電圧を、出力電流を伴う出力電圧から設定してもよい。 The fuel cell system may further include an oxidant gas flow rate detection unit that detects a flow rate of the oxidant gas sent to the fuel cell, and the control unit may use a detection value obtained by the oxidant gas flow rate detection unit.
The control means has a target output for the electrical energy corresponding to the flow rate of the oxidant gas sent to the fuel cell based on the correlation between the output voltage and output current in the electrical energy of the fuel cell corresponding to the oxidant gas flow rate to the fuel cell. An output current corresponding to the voltage may be calculated, and electric energy may be output to the fuel cell with the calculated output current and the target output voltage.
The control means sets the target oxidant gas flow rate to be supplied to the fuel cell when setting the target output voltage, and based on the correlation between the output voltage and the output current in the electric energy corresponding to the target oxidant gas flow rate, The output voltage may be set from an output voltage with an output current.

制御手段は、燃料電池に送られる酸化剤ガスの流量が目標酸化剤ガス流量以上になると、目標出力電流を設定し、設定した目標出力電流で燃料電池に電気エネルギーを出力させてもよい。
酸化剤ガス流量検出手段は、酸化剤ガスポンプの回転数を検知して、燃料電池への酸化剤ガス流量を検出してもよい。 The control means may set the target output current when the flow rate of the oxidant gas sent to the fuel cell becomes equal to or higher than the target oxidant gas flow rate, and cause the fuel cell to output electric energy at the set target output current.
The oxidant gas flow rate detecting means may detect the number of rotations of the oxidant gas pump and detect the oxidant gas flow rate to the fuel cell.

この発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の出力の変化時における電圧の安定性を向上させることが可能になる。 According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to improve voltage stability when the output of the fuel cell changes.

この発明の実施の形態に係る燃料電池システムを搭載するフォークリフトの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the forklift which mounts the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. この発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおける燃料電池の発電動作に関連する装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the apparatus relevant to the electric power generation operation | movement of the fuel cell in the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 図２の燃料電池システムにおける燃料電池による発電電力を扱う電気部品の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the electrical component which handles the electric power generated by the fuel cell in the fuel cell system of FIG. 燃料電池における空気流量に対する電圧−電流の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the voltage-current with respect to the air flow rate in a fuel cell.

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
まず、この発明の実施の形態に係る燃料電池システム１０１及びその周辺の概略的な構成を説明する。なお、本実施の形態では、燃料電池システム１０１は、車両、特にフォークリフト１に搭載されるものとして説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment First, a schematic configuration of a fuel cell system 101 and its surroundings according to an embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the fuel cell system 101 will be described as being mounted on a vehicle, particularly the forklift 1.

図１を参照すると、フォークリフト１は、フォークリフト１に走行等の動作をさせるための走行モータ２と、荷役作業を行うためのフォーク、マスト等の荷役作業装置４を駆動するための荷役モータ３と、その他フォークリフト１が駆動する上で必要な補機７（ディスプレイ、ライトなど）と、燃料電池システム１０１とを備えている。荷役作業装置４は、油圧機構５が動作することによって動作し、油圧機構５は、荷役モータ３に一体に回転するように連結された油圧ポンプ６が生成する油圧によって動作する。
そして、走行モータ２、荷役モータ３及び補機７は、燃料電池システム１０１が備える燃料電池１０（図２参照）が生成する電力を使用して動作する。なお、燃料電池１０は、多数の高分子型の単セルが積層されたスタック構造を有しており、各セルにおいて供給される水素及び酸素を電気化学反応させることによって、高い出力の電力（電気エネルギー）を生成することができる。 Referring to FIG. 1, a forklift 1 includes a traveling motor 2 for causing the forklift 1 to perform a traveling operation, a cargo handling motor 3 for driving a cargo handling work device 4 such as a fork and a mast for performing cargo handling work, and the like. In addition, an auxiliary machine 7 (display, light, etc.) necessary for driving the forklift 1 and a fuel cell system 101 are provided. The cargo handling work device 4 is operated by operating a hydraulic mechanism 5, and the hydraulic mechanism 5 is operated by hydraulic pressure generated by a hydraulic pump 6 connected to the cargo handling motor 3 so as to rotate integrally.
The traveling motor 2, the cargo handling motor 3, and the auxiliary machine 7 operate using electric power generated by the fuel cell 10 (see FIG. 2) included in the fuel cell system 101. The fuel cell 10 has a stack structure in which a large number of polymer type single cells are stacked, and high-power electric power (electricity) is generated by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen supplied in each cell. Energy).

図２を参照すると、燃料電池システム１０１は、燃料電池１０の他に、燃料電池１０に供給する水素ガスを貯蔵するための水素ガスタンク１１と、燃料電池１０に酸素を含む空気を圧送するための電動式のコンプレッサ１２と、燃料電池システム１０１に関する各装置の動作を制御する燃料電池ＥＣＵ１３とを備えている。
コンプレッサ１２は、モータ１２ａを一体に備え、このモータ１２ａによって駆動される電動式の構成を有している。コンプレッサ１２からは空気供給管１６が延び、空気供給管１６は、燃料電池１０のカソード側に接続している。これにより、燃料電池１０の各セルのカソードには、コンプレッサ１２によって圧縮された空気が供給される。 Referring to FIG. 2, the fuel cell system 101 includes, in addition to the fuel cell 10, a hydrogen gas tank 11 for storing hydrogen gas supplied to the fuel cell 10, and pressure-feeding air containing oxygen to the fuel cell 10. An electric compressor 12 and a fuel cell ECU 13 that controls the operation of each device relating to the fuel cell system 101 are provided.
The compressor 12 is integrally provided with a motor 12a and has an electric configuration driven by the motor 12a. An air supply pipe 16 extends from the compressor 12, and the air supply pipe 16 is connected to the cathode side of the fuel cell 10. Thereby, the air compressed by the compressor 12 is supplied to the cathode of each cell of the fuel cell 10.

なお、コンプレッサ１２のモータ１２ａは、インバータ１２ｂに電気的に接続されており、燃料電池ＥＣＵ１３は、インバータ１２ｂを制御して供給電力を調節することによって、モータ１２ａの動作（回転数）を制御する。具体的には、燃料電池ＥＣＵ１３は、インバータ１２ｂにモータ１２ａの回転数指令を送信し、インバータ１２ｂは、指令された回転数となるようにモータ１２ａに制御信号つまり電力を供給する。さらに、燃料電池ＥＣＵ１３は、モータ１２ａに設けられた回転数センサ１２ｃから回転数情報を受信する。そして、燃料電池ＥＣＵ１３は、受信した回転数情報に基づき、インバータ１２ｂに送信する回転数指令を調節する。
ここで、水素ガス及び空気はそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスを構成している。さらに、水素ガスタンク１１は燃料ガス供給源を構成し、コンプレッサ１２は酸化剤ガス供給源を構成し、燃料電池ＥＣＵ１３は制御手段を構成している。 The motor 12a of the compressor 12 is electrically connected to the inverter 12b, and the fuel cell ECU 13 controls the operation (rotation speed) of the motor 12a by controlling the inverter 12b and adjusting the supplied power. . Specifically, the fuel cell ECU 13 transmits a rotational speed command of the motor 12a to the inverter 12b, and the inverter 12b supplies a control signal, that is, electric power to the motor 12a so as to achieve the commanded rotational speed. Further, the fuel cell ECU 13 receives the rotational speed information from the rotational speed sensor 12c provided in the motor 12a. Then, the fuel cell ECU 13 adjusts the rotational speed command transmitted to the inverter 12b based on the received rotational speed information.
Here, hydrogen gas and air constitute fuel gas and oxidant gas, respectively. Further, the hydrogen gas tank 11 constitutes a fuel gas supply source, the compressor 12 constitutes an oxidant gas supply source, and the fuel cell ECU 13 constitutes a control means.

水素ガスタンク１１は、水素供給管１４を介して燃料電池１０のアノード側に接続され、水素ガスタンク１１から送り出される水素ガスは、燃料電池１０の各セルのアノードに供給される。さらに、水素供給管１４の途中には、水素供給管１４を開放又は閉鎖して水素ガスの流量を調節する電磁弁式の水素供給制御弁１４ａが設けられている。水素供給制御弁１４ａは、その動作の制御を受けるように、燃料電池ＥＣＵ１３に電気的に接続されている。なお、水素供給制御弁１４ａは、水素ガスタンク１１と水素供給管１４との接続部に設けられてもよい。 The hydrogen gas tank 11 is connected to the anode side of the fuel cell 10 via the hydrogen supply pipe 14, and the hydrogen gas sent out from the hydrogen gas tank 11 is supplied to the anode of each cell of the fuel cell 10. Further, in the middle of the hydrogen supply pipe 14, an electromagnetic valve type hydrogen supply control valve 14a for adjusting the flow rate of hydrogen gas by opening or closing the hydrogen supply pipe 14 is provided. The hydrogen supply control valve 14a is electrically connected to the fuel cell ECU 13 so as to receive control of its operation. Note that the hydrogen supply control valve 14 a may be provided at a connection portion between the hydrogen gas tank 11 and the hydrogen supply pipe 14.

また、燃料電池１０のアノード側からは、気液分離器２１への排気管１７が延在している。気液分離器２１からは、燃料電池１０内で使用されなかった水素（未反応で排出された水素）を含むガスを排出するための水素循環路を構成する水素循環管１５が延び、水素循環管１５は、燃料電池１０と水素供給制御弁１４ａとの間で、水素供給管１４に接続している。さらに、水素循環管１５の途中には、燃料電池１０から排出された水素を含むガスを水素供給管１４に圧送するための電動式の水素循環ポンプ１９が設けられている。
なお、気液分離器２１は、水素を含むガス中の燃料電池１０内の反応で生成した水（反応生成水）を分離するものである。 An exhaust pipe 17 to the gas-liquid separator 21 extends from the anode side of the fuel cell 10. From the gas-liquid separator 21, a hydrogen circulation pipe 15 constituting a hydrogen circulation path for discharging a gas containing hydrogen that has not been used in the fuel cell 10 (hydrogen that has not been reacted) is extended, and hydrogen circulation is performed. The pipe 15 is connected to the hydrogen supply pipe 14 between the fuel cell 10 and the hydrogen supply control valve 14a. Further, in the middle of the hydrogen circulation pipe 15, an electric hydrogen circulation pump 19 for pressure-feeding gas containing hydrogen discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen supply pipe 14 is provided.
The gas-liquid separator 21 separates water (reaction product water) generated by a reaction in the fuel cell 10 in a gas containing hydrogen.

また、電動式の水素循環ポンプ１９のモータ１９ａは、インバータ１９ｂに電気的に接続されており、燃料電池ＥＣＵ１３は、インバータ１９ｂを制御して供給電力を調節することによって、水素循環ポンプ１９のモータ１９ａの動作（回転数）を制御する。そして、燃料電池ＥＣＵ１３によるインバータ１９ｂの制御、及び、インバータ１９ｂによるモータ１９ａの制御は、コンプレッサ１２における燃料電池ＥＣＵ１３及びインバータ１２ｂによる制御と同様にして行われる。 In addition, the motor 19a of the electric hydrogen circulation pump 19 is electrically connected to the inverter 19b, and the fuel cell ECU 13 controls the inverter 19b to adjust the supplied power, whereby the motor of the hydrogen circulation pump 19 is adjusted. The operation (rotation speed) of 19a is controlled. The control of the inverter 19b by the fuel cell ECU 13 and the control of the motor 19a by the inverter 19b are performed in the same manner as the control by the fuel cell ECU 13 and the inverter 12b in the compressor 12.

また、水素供給管１４における水素循環管１５の接続部と水素供給制御弁１４ａとの間には、水素供給管１４内の水素ガスの圧力、つまり燃料電池１０への水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサ１４ｂが設けられている。圧力センサ１４ｂは、検出した圧力情報を送信するように燃料電池ＥＣＵ１３に電気的に接続されている。 Further, the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen supply pipe 14, that is, the supply pressure of the hydrogen gas to the fuel cell 10 is detected between the connection portion of the hydrogen circulation pipe 15 in the hydrogen supply pipe 14 and the hydrogen supply control valve 14 a. A pressure sensor 14b is provided. The pressure sensor 14b is electrically connected to the fuel cell ECU 13 so as to transmit the detected pressure information.

また、燃料電池１０のカソード側からは、燃料電池１０内で使用されなかった空気や燃料電池１０内の反応で生成した水（反応生成水）を排出するための排気管１８が延びている。
そして、排気管１８の途中には、希釈器２０及びマフラー２２が上流から下流に向かって設けられている。なお、希釈器２０へは気液分離器２１から図示しないバルブを有する管路が延びており、気液分離器２１からのアノード側の排気は、カソード側から排気管１８に排出される空気を多く含む排気によって希釈されて、外部に排出される。 Further, an exhaust pipe 18 for discharging air that has not been used in the fuel cell 10 or water generated by a reaction in the fuel cell 10 (reaction product water) extends from the cathode side of the fuel cell 10.
In the middle of the exhaust pipe 18, a diluter 20 and a muffler 22 are provided from upstream to downstream. A pipe line having a valve (not shown) extends from the gas-liquid separator 21 to the diluter 20, and the anode side exhaust from the gas-liquid separator 21 is the air exhausted from the cathode side to the exhaust pipe 18. It is diluted with exhaust gas containing a large amount and discharged to the outside.

また、コンプレッサ１２のモータ１２ａに設けられた回転数センサ１２ｃは、モータ１２ａの回転数、つまりコンプレッサ１２の回転数を検出する。回転数センサ１２ｃは、検出したコンプレッサ１２の回転数情報を送信するように燃料電池ＥＣＵ１３に電気的に接続されており、燃料電池ＥＣＵ１３は、受け取ったコンプレッサ１２の回転数情報からコンプレッサ１２の吐出流量を算出する。
ここで、回転数センサ１２ｃは、酸化剤ガス流量検出手段を構成している。 A rotation speed sensor 12c provided in the motor 12a of the compressor 12 detects the rotation speed of the motor 12a, that is, the rotation speed of the compressor 12. The rotation speed sensor 12 c is electrically connected to the fuel cell ECU 13 so as to transmit the detected rotation speed information of the compressor 12, and the fuel cell ECU 13 detects the discharge flow rate of the compressor 12 from the received rotation speed information of the compressor 12. Is calculated.
Here, the rotation speed sensor 12c constitutes an oxidant gas flow rate detecting means.

さらに、図３を参照すると、燃料電池システム１０１における電気部品の構成が示されている。
燃料電池システム１０１は、燃料電池１０の他に、燃料電池１０が生成した電力を昇圧又は降圧するコンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）３１と、燃料電池１０が生成した電力を蓄電するための蓄電装置（Ｌｉイオンキャパシタ等）３２と、インバータ１２ｂ及び１９ｂと、燃料電池システム１０１を稼動させるための燃料電池補機３３と、燃料電池ＥＣＵ１３とを備えている。
燃料電池１０のアノード及びカソードは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１に電気的に接続され、燃料電池１０が生成した電力がＤＣ−ＤＣコンバータ３１に供給されるようになっている。 Further, referring to FIG. 3, the configuration of electrical components in the fuel cell system 101 is shown.
In addition to the fuel cell 10, the fuel cell system 101 includes a converter (DC-DC converter) 31 that boosts or lowers the power generated by the fuel cell 10, and a power storage device for storing the power generated by the fuel cell 10 ( Li ion capacitor or the like) 32, inverters 12b and 19b, a fuel cell auxiliary machine 33 for operating the fuel cell system 101, and a fuel cell ECU 13.
The anode and cathode of the fuel cell 10 are electrically connected to a DC-DC converter 31 so that the power generated by the fuel cell 10 is supplied to the DC-DC converter 31.

燃料電池１０とＤＣ−ＤＣコンバータ３１との間には、電圧計３４が設けられており、電圧計３４は、燃料電池１０のセルの電圧（セル電圧）を検出し、検出結果を送信するように燃料電池ＥＣＵ１３に電気的に接続されている。なお、電圧計３４は、燃料電池１０の全てのセルの電圧を検出するようにしてもよく、全てのセルのうちの幾つかの電圧を検出するようにしてもよい。
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１、蓄電装置３２、インバータ１２ｂ及び１９ｂ、燃料電池補機３３、並びに、車両負荷３５は、相互に電気的に接続されている。蓄電装置３２、インバータ１２ｂ及び１９ｂ、燃料電池補機３３、並びに、車両負荷３５には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１によって昇圧又は降圧された電力が供給されるようになっている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、その動作の制御を受けるように、燃料電池ＥＣＵ１３に電気的に接続されている。 A voltmeter 34 is provided between the fuel cell 10 and the DC-DC converter 31. The voltmeter 34 detects the voltage (cell voltage) of the cell of the fuel cell 10 and transmits the detection result. And electrically connected to the fuel cell ECU 13. Note that the voltmeter 34 may detect the voltages of all the cells of the fuel cell 10 or may detect some voltages of all the cells.
Furthermore, the DC-DC converter 31, the power storage device 32, the inverters 12b and 19b, the fuel cell auxiliary machine 33, and the vehicle load 35 are electrically connected to each other. The power storage device 32, the inverters 12 b and 19 b, the fuel cell auxiliary machine 33, and the vehicle load 35 are supplied with power that has been stepped up or down by the DC-DC converter 31. The DC-DC converter 31 is electrically connected to the fuel cell ECU 13 so as to receive control of its operation.

なお、車両負荷３５とは、燃料電池システム１０１の外部に位置し、走行モータ２、荷役モータ３、その他フォークリフト１が駆動する上で必要な補機７等を含むものである（図１参照）。そして、車両負荷３５は、燃料電池システム１０１と別個に位置してフォークリフト１全体を制御する車両コントローラ３０によって制御されるように構成されている。
さらに、車両コントローラ３０は、燃料電池ＥＣＵ１３との間で指令及び情報を送信及び受信するように構成されている。
また、燃料電池ＥＣＵ１３は、燃料電池補機３３の動作を制御し、インバータ１２ｂ及び１９ｂの動作を制御するように構成されている。 The vehicle load 35 is located outside the fuel cell system 101 and includes the traveling motor 2, the cargo handling motor 3, and other auxiliary machines 7 necessary for driving the forklift 1 (see FIG. 1). The vehicle load 35 is configured to be controlled by a vehicle controller 30 that is positioned separately from the fuel cell system 101 and controls the forklift 1 as a whole.
Further, the vehicle controller 30 is configured to transmit and receive commands and information with the fuel cell ECU 13.
The fuel cell ECU 13 is configured to control the operation of the fuel cell auxiliary machine 33 and to control the operations of the inverters 12b and 19b.

次に、この発明の実施の形態に係る燃料電池システム１０１及びその周辺の動作を説明する。
図１〜図３をあわせて参照すると、フォークリフト１を駆動する走行モータ２、荷役モータ３又は補機７などの車両負荷３５を稼動させるために燃料電池１０による発電が必要である場合、燃料電池システム１０１の燃料電池ＥＣＵ１３は、燃料電池１０を以下のように通常運転させる。 Next, the operation of the fuel cell system 101 and its surroundings according to the embodiment of the present invention will be described.
1 to 3 together, when power generation by the fuel cell 10 is necessary to operate the vehicle load 35 such as the traveling motor 2, the cargo handling motor 3, or the auxiliary machine 7 that drives the forklift 1, the fuel cell The fuel cell ECU 13 of the system 101 operates the fuel cell 10 normally as follows.

すなわち、燃料電池ＥＣＵ１３は、水素供給制御弁１４ａを開放して水素ガスタンク１１から燃料電池１０に水素ガスを供給すると共に、燃料電池１０で発電した電力や蓄電装置３２の電力を使用してコンプレッサ１２を稼動させて空気を燃料電池１０に圧送する。同時に、燃料電池ＥＣＵ１３は、水素循環ポンプ１９を稼動させ、燃料電池１０で使用されなかった水素ガスを水素循環管１５を通じて循環させて燃料電池１０に再び送る。つまり、燃料電池ＥＣＵ１３は、各装置に対して、燃料電池１０による出力を実行させる指令を発し、燃料電池１０を通常運転させる。このとき、燃料電池ＥＣＵ１３は、電圧計３４から受信する燃料電池１０のセル電圧と圧力センサ１４ｂから受信する水素ガスの圧力とに基づき、水素供給制御弁１４ａの開度を調節して水素ガスの供給流量を調節することによって、燃料電池１０の出力（発電量）を調節する。そして、燃料電池ＥＣＵ１３は、燃料電池１０で生成された電力をＤＣ−ＤＣコンバータ３１で昇圧又は降圧し、車両負荷３５、インバータ１２ｂ及び１９ｂ、燃料電池補機３３、並びに蓄電装置３２に供給する。 That is, the fuel cell ECU 13 opens the hydrogen supply control valve 14 a to supply hydrogen gas from the hydrogen gas tank 11 to the fuel cell 10, and uses the power generated by the fuel cell 10 and the power of the power storage device 32 to compress the compressor 12. Is operated to pump air to the fuel cell 10. At the same time, the fuel cell ECU 13 operates the hydrogen circulation pump 19 to circulate the hydrogen gas that has not been used in the fuel cell 10 through the hydrogen circulation pipe 15 and sends it again to the fuel cell 10. That is, the fuel cell ECU 13 issues a command to execute the output from the fuel cell 10 to each device, and causes the fuel cell 10 to normally operate. At this time, the fuel cell ECU 13 adjusts the opening of the hydrogen supply control valve 14a based on the cell voltage of the fuel cell 10 received from the voltmeter 34 and the pressure of the hydrogen gas received from the pressure sensor 14b. The output (power generation amount) of the fuel cell 10 is adjusted by adjusting the supply flow rate. Then, the fuel cell ECU 13 steps up or down the electric power generated by the fuel cell 10 with the DC-DC converter 31 and supplies the electric power to the vehicle load 35, the inverters 12 b and 19 b, the fuel cell auxiliary machine 33, and the power storage device 32.

また、フォークリフト１の荷役作業が終了し、アイドリング状態となり車両負荷３５が低下して燃料電池１０による発電が不要になると、燃料電池ＥＣＵ１３は、水素供給制御弁１４ａを閉鎖して水素ガスタンク１１からの水素ガスの供給を停止させ、その場合にコンプレッサ１２及び水素循環ポンプ１９への電力供給を停止してこれらを停止させる。つまり、燃料電池ＥＣＵ１３は、各装置に対して燃料電池１０による出力を停止させる指令を発し、燃料電池１０の通常運転を停止させる。 Further, when the cargo handling operation of the forklift 1 is completed and the vehicle enters the idling state and the vehicle load 35 is reduced, and the power generation by the fuel cell 10 becomes unnecessary, the fuel cell ECU 13 closes the hydrogen supply control valve 14a and removes from the hydrogen gas tank 11. The supply of hydrogen gas is stopped, and in that case, the power supply to the compressor 12 and the hydrogen circulation pump 19 is stopped to stop them. That is, the fuel cell ECU 13 issues a command to stop the output from the fuel cell 10 to each device, and stops the normal operation of the fuel cell 10.

なお、燃料電池ＥＣＵ１３は、燃料電池１０の通常運転停止時、コンプレッサ１２及び水素循環ポンプ１９を停止させる制御のほか、以下のような制御を実施する。つまり、燃料電池１０の通常運転停止中、電圧計３４から受信する燃料電池１０のセル電圧が所定電圧値を上回るとき、燃料電池ＥＣＵ１３は、コンプレッサ１２への電力供給を停止し且つ水素供給制御弁１４ａを閉鎖した状態で、水素循環ポンプ１９を稼動させて燃料電池１０への水素ガスの再循環を実施する。このとき、燃料電池１０内に残留する空気に含まれる酸素が、燃料電池１０並びに各配管１４及び１５内に残留する水素と電気化学反応を起こして消費されるため、燃料電池１０内で酸素及び水素が生成する電位が低下する。
よって、燃料電池１０の通常運転停止状態とは、上述の２つの制御のいずれかが行われている状態のことである。 The fuel cell ECU 13 performs the following control in addition to the control for stopping the compressor 12 and the hydrogen circulation pump 19 when the normal operation of the fuel cell 10 is stopped. That is, when the cell voltage of the fuel cell 10 received from the voltmeter 34 exceeds the predetermined voltage value while the normal operation of the fuel cell 10 is stopped, the fuel cell ECU 13 stops the power supply to the compressor 12 and the hydrogen supply control valve. In a state in which 14a is closed, the hydrogen circulation pump 19 is operated to recirculate hydrogen gas to the fuel cell 10. At this time, oxygen contained in the air remaining in the fuel cell 10 is consumed by causing an electrochemical reaction with the hydrogen remaining in the fuel cell 10 and the pipes 14 and 15. The potential at which hydrogen is generated decreases.
Therefore, the normal operation stop state of the fuel cell 10 is a state in which one of the above two controls is being performed.

そして、上述のような通常運転停止状態の燃料電池１０に通常運転を開始させる際の燃料電池ＥＣＵ１３による制御の詳細を、以下に説明する。
燃料電池ＥＣＵ１３は、フォークリフト１の図示しない操作部から車両負荷３５を稼動させるために燃料電池１０の通常運転を開始する指令を受けると、燃料電池１０の状態が通常運転停止状態にあるかを判定する。なお、燃料電池ＥＣＵ１３は、通常運転停止状態を、燃料電池１０の出力電圧、車両負荷３５の状態、水素循環ポンプ１９の回転数、水素供給制御弁１４ａの開閉状態等から、判定する。 Details of the control by the fuel cell ECU 13 when starting the normal operation of the fuel cell 10 in the normal operation stop state as described above will be described below.
When the fuel cell ECU 13 receives a command to start the normal operation of the fuel cell 10 in order to operate the vehicle load 35 from an operation unit (not shown) of the forklift 1, the fuel cell ECU 13 determines whether the state of the fuel cell 10 is in a normal operation stop state. To do. The fuel cell ECU 13 determines the normal operation stop state from the output voltage of the fuel cell 10, the state of the vehicle load 35, the rotation speed of the hydrogen circulation pump 19, the open / close state of the hydrogen supply control valve 14a, and the like.

燃料電池１０の状態が通常運転停止状態でない場合、燃料電池ＥＣＵ１３は、水素供給制御弁１４ａを開放すると共に水素循環ポンプ１９の回転数を増加させて水素ガスの供給量を増加させ、同時に、コンプレッサ１２の回転数を増加させて空気の供給量を増加させ、燃料電池１０の発電出力を上昇させる。 When the state of the fuel cell 10 is not the normal operation stop state, the fuel cell ECU 13 opens the hydrogen supply control valve 14a and increases the rotation speed of the hydrogen circulation pump 19 to increase the supply amount of hydrogen gas. The rotational speed of 12 is increased to increase the supply amount of air, and the power generation output of the fuel cell 10 is increased.

一方、燃料電池１０の状態が通常運転停止状態である場合、燃料電池ＥＣＵ１３は、車両負荷３５へ出力すべき電気エネルギーの生成に必要な燃料電池１０への空気供給流量（目標空気流量と呼ぶ）と、車両負荷３５へ出力すべき電気エネルギーにおいて目標とする電圧（目標出力電圧と呼ぶ）とを設定する。 On the other hand, when the state of the fuel cell 10 is a normal operation stop state, the fuel cell ECU 13 supplies an air supply flow rate to the fuel cell 10 necessary for generating electric energy to be output to the vehicle load 35 (referred to as a target air flow rate). And a target voltage (referred to as target output voltage) in the electric energy to be output to the vehicle load 35 is set.

図４を参照すると、所定の流量の空気とこの空気量に対応する流量の水素ガスとが燃料電池１０に供給された場合の、燃料電池１０が生成する電気エネルギーが取り得る電圧及び電流の相関図が示されている。図４では、縦軸に燃料電池１０の電圧をとり、横軸に燃料電池１０の電流をとっている。 Referring to FIG. 4, when a predetermined flow rate of air and a hydrogen gas flow rate corresponding to the air amount are supplied to the fuel cell 10, a correlation between voltage and current that can be taken by the electric energy generated by the fuel cell 10. The figure is shown. In FIG. 4, the vertical axis represents the voltage of the fuel cell 10, and the horizontal axis represents the current of the fuel cell 10.

図４において、燃料電池１０に供給される空気流量がＦ１のとき、燃料電池１０が生成する電気エネルギーが取り得る電圧及び電流の関係は、相関曲線ＬＦ１（実線表示）で示される。例えば、燃料電池１０で生成する電気エネルギーの電圧値がＶ１のとき、燃料電池１０では電流値Ａ１以下の電流を生成することができる。そして、燃料電池１０で生成する電気エネルギーの電圧値が最大値Ｖｍａｘとなるとき、燃料電池１０では電流は生成されない。一方、燃料電池１０で生成する電気エネルギーの電流値が大きくなると、燃料電池１０で生成する電圧値は、最小値Ｖｍｉｎに収束する。 In FIG. 4, when the flow rate of air supplied to the fuel cell 10 is F1, the relationship between the voltage and current that can be taken by the electric energy generated by the fuel cell 10 is indicated by a correlation curve LF1 (shown by a solid line). For example, when the voltage value of electric energy generated by the fuel cell 10 is V1, the fuel cell 10 can generate a current equal to or less than the current value A1. When the voltage value of electric energy generated in the fuel cell 10 reaches the maximum value Vmax, no current is generated in the fuel cell 10. On the other hand, when the current value of the electric energy generated by the fuel cell 10 increases, the voltage value generated by the fuel cell 10 converges to the minimum value Vmin.

相関曲線は、燃料電池１０に供給される空気流量によって変化し、空気流量がＦ２（Ｆ２＞Ｆ１）のときの相関曲線は、相関曲線ＬＦ１よりも上方の相関曲線ＬＦ２（一点鎖線表示）で示され、空気流量がＦ３（Ｆ３＜Ｆ１）のときの相関曲線は、相関曲線ＬＦ１よりも下方の相関曲線ＬＦ３（二点鎖線表示）で示される。
そして、燃料電池ＥＣＵ１３には、空気流量Ｆ１、Ｆ２及びＦ３のほか各空気流量に対応する相関曲線がマップとして記憶されている。 The correlation curve changes depending on the air flow rate supplied to the fuel cell 10, and the correlation curve when the air flow rate is F2 (F2> F1) is indicated by a correlation curve LF2 (indicated by a one-dot chain line) above the correlation curve LF1. The correlation curve when the air flow rate is F3 (F3 <F1) is indicated by a correlation curve LF3 (indicated by a two-dot chain line) below the correlation curve LF1.
The fuel cell ECU 13 stores a correlation curve corresponding to each air flow rate in addition to the air flow rates F1, F2, and F3 as a map.

そこで、燃料電池ＥＣＵ１３は、上述した目標空気流量をＦ１に設定し、さらに相関曲線ＬＦ１のマップから目標出力電圧値をＶ１に設定する。なお、目標出力電圧値Ｖ１は、相関曲線ＬＦ１における最大電圧値Ｖｍａｘよりも小さく、最小電圧値Ｖｍｉｎよりも大きい値で選定される。さらに、目標出力電圧値Ｖ１は、燃料電池１０のセルの特性によって変わり、セルの耐久性を低下させるような高電位とされる電圧値よりも低い値に設定される。 Therefore, the fuel cell ECU 13 sets the above-described target air flow rate to F1, and further sets the target output voltage value to V1 from the map of the correlation curve LF1. The target output voltage value V1 is selected as a value smaller than the maximum voltage value Vmax in the correlation curve LF1 and larger than the minimum voltage value Vmin. Furthermore, the target output voltage value V1 varies depending on the cell characteristics of the fuel cell 10, and is set to a value lower than a voltage value that is set to a high potential so as to reduce the durability of the cell.

次いで、図４に図１〜図３をあわせて参照すると、燃料電池ＥＣＵ１３は、目標空気流量及び目標出力電圧の設定後、目標空気流量Ｆ１の空気供給流量となるようにコンプレッサ１２を起動させて、その回転数を上昇させる。同時に、燃料電池ＥＣＵ１３は、目標空気流量Ｆ１に対応する流量の水素ガスを供給するように、水素供給制御弁１４ａの開放度及び水素循環ポンプ１９の回転数を制御する。
このとき、燃料電池ＥＣＵ１３は、回転数センサ１２ｃから受信する回転数情報から、コンプレッサ１２によって燃料電池１０に供給されている実際の空気流量を算出し、算出した空気流量から実際の空気流量を目標空気流量Ｆ１とするようにコンプレッサ１２の回転数を制御する。また、燃料電池ＥＣＵ１３は、圧力センサ１４ｂから受信する圧力情報から、燃料電池１０に供給されている実際の水素ガス流量を算出し、算出した水素ガス流量から実際の水素ガス流量を目標空気流量Ｆ１に対応する水素ガス流量とするように水素供給制御弁１４ａの開放度及び水素循環ポンプ１９の回転数を制御する。 Next, referring to FIGS. 1 to 3 together with FIG. 4, after setting the target air flow rate and the target output voltage, the fuel cell ECU 13 activates the compressor 12 so that the air supply flow rate becomes the target air flow rate F1. , Increase its rotational speed. At the same time, the fuel cell ECU 13 controls the degree of opening of the hydrogen supply control valve 14a and the rotation speed of the hydrogen circulation pump 19 so as to supply hydrogen gas at a flow rate corresponding to the target air flow rate F1.
At this time, the fuel cell ECU 13 calculates the actual air flow rate supplied to the fuel cell 10 by the compressor 12 from the rotation speed information received from the rotation speed sensor 12c, and sets the actual air flow rate from the calculated air flow rate as a target. The rotational speed of the compressor 12 is controlled so that the air flow rate F1 is obtained. The fuel cell ECU 13 calculates the actual hydrogen gas flow rate supplied to the fuel cell 10 from the pressure information received from the pressure sensor 14b, and calculates the actual hydrogen gas flow rate from the calculated hydrogen gas flow rate as the target air flow rate F1. The degree of opening of the hydrogen supply control valve 14a and the number of revolutions of the hydrogen circulation pump 19 are controlled so that the hydrogen gas flow rate corresponds to.

そして、燃料電池ＥＣＵ１３は、算出した実際の空気流量に対応する相関曲線をマップから読み取り、さらに読み取った相関曲線上の目標出力電圧値Ｖ１での電流値を読み取る。例えば、算出した実際の空気流量がＦ３である場合、燃料電池ＥＣＵ１３は、相関曲線ＬＦ３上における目標出力電圧値Ｖ１に対応する電流値Ａ３をマップから読み取る。さらに、燃料電池ＥＣＵ１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を制御して、燃料電池１０から電流値Ａ３の電流を引き出し、車両負荷３５に供給する。これにより、燃料電池１０からは実際の空気流量Ｆ３に対応した電気エネルギーの出力がなされつつ、燃料電池１０の電圧が目標出力電圧値Ｖ１の状態で維持される。さらに、燃料電池ＥＣＵ１３は、経時的に算出する実際の空気流量についても、この実際の空気流量に対応する相関曲線上における目標出力電圧値Ｖ１での電流値の電流を、燃料電池１０から引き出して車両負荷３５に供給するように動作する。このため、燃料電池ＥＣＵ１３は、燃料電池１０に対して各空気流量に対応した電気エネルギーの出力を発生させつつその電圧を目標出力電圧値Ｖ１に維持させる。 Then, the fuel cell ECU 13 reads a correlation curve corresponding to the calculated actual air flow rate from the map, and further reads a current value at the target output voltage value V1 on the read correlation curve. For example, when the calculated actual air flow rate is F3, the fuel cell ECU 13 reads the current value A3 corresponding to the target output voltage value V1 on the correlation curve LF3 from the map. Further, the fuel cell ECU 13 controls the DC-DC converter 31 to draw out a current having a current value A3 from the fuel cell 10 and supplies it to the vehicle load 35. As a result, the fuel cell 10 outputs electric energy corresponding to the actual air flow rate F3, and the voltage of the fuel cell 10 is maintained at the target output voltage value V1. Further, the fuel cell ECU 13 extracts the current of the current value at the target output voltage value V1 on the correlation curve corresponding to the actual air flow rate from the fuel cell 10 for the actual air flow rate calculated over time. It operates to supply the vehicle load 35. Therefore, the fuel cell ECU 13 maintains the voltage at the target output voltage value V1 while generating an output of electric energy corresponding to each air flow rate to the fuel cell 10.

その後、燃料電池ＥＣＵ１３は、実際の空気流量が目標空気流量Ｆ１に到達して燃料電池１０に十分な空気が供給されるようになると、相関曲線ＬＦ１上での目標出力電圧値Ｖ１に対応する電流値Ａ１の電流を、燃料電池１０から引き出して車両負荷３５に供給するように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を制御する。さらにその後は、燃料電池ＥＣＵ１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１の制御を、燃料電池１０の電圧を一定に維持する電圧に基づく制御から電流に基づく制御に切り替え、電流値Ａ１の電流を燃料電池１０から車両負荷３５に供給し続けるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を制御する。
燃料電池ＥＣＵ１３は、上述のような制御を行うことによって、通常運転停止状態での燃料電池１０から車両負荷３５への出力開始の際、コンプレッサ１２が十分に回転して目標回転数に達し、燃料電池１０に十分な空気が供給されるようになるまで、実際の空気流量に応じた燃料電池１０の電気エネルギーの出力を確保しつつ、燃料電池１０の電圧を一定に維持して安定化させる。 Thereafter, when the actual air flow rate reaches the target air flow rate F1 and sufficient air is supplied to the fuel cell 10, the fuel cell ECU 13 determines a current corresponding to the target output voltage value V1 on the correlation curve LF1. The DC-DC converter 31 is controlled so that the current of the value A1 is drawn from the fuel cell 10 and supplied to the vehicle load 35. After that, the fuel cell ECU 13 switches the control of the DC-DC converter 31 from the control based on the voltage that maintains the voltage of the fuel cell 10 constant to the control based on the current, and changes the current of the current value A1 from the fuel cell 10. The DC-DC converter 31 is controlled so as to continue to be supplied to the vehicle load 35.
The fuel cell ECU 13 performs the control as described above, so that when the output from the fuel cell 10 to the vehicle load 35 is started in the normal operation stop state, the compressor 12 sufficiently rotates to reach the target rotational speed, Until sufficient air is supplied to the battery 10, the output of the electric energy of the fuel cell 10 according to the actual air flow rate is secured, and the voltage of the fuel cell 10 is maintained constant and stabilized.

一方、燃料電池１０に十分な空気が供給されないうちに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１によって燃料電池１０から車両負荷３５の所望出力に対応する電流を引き出すと、燃料電池１０に電圧降下が発生し、燃料電池１０の一時的な過度な出力低下を招いてしまう。
また、燃料電池１０に十分な空気が供給されるようになるまで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を作動させずに燃料電池１０から電流を引き出さずにいると、電流を引き出す時点までに燃料電池１０が高電位になり、燃料電池１０のセルの耐久性が低下する。
本願の燃料電池システム１０１は、上述のような問題も回避することができる。 On the other hand, if a current corresponding to the desired output of the vehicle load 35 is drawn from the fuel cell 10 by the DC-DC converter 31 while sufficient air is not supplied to the fuel cell 10, a voltage drop occurs in the fuel cell 10 and the fuel A temporary excessive output decrease of the battery 10 will be caused.
If sufficient current is not supplied from the fuel cell 10 without operating the DC-DC converter 31 until sufficient air is supplied to the fuel cell 10, the fuel cell 10 is The electric potential becomes high, and the durability of the cells of the fuel cell 10 decreases.
The fuel cell system 101 of the present application can also avoid the above-described problems.

このように、この発明の実施の形態に係る燃料電池システム１０１は、水素ガスタンク１１から供給される水素ガスと空気中の酸素とを反応させて電気エネルギーを生成する燃料電池１０を備える。さらに、燃料電池システム１０１は、燃料電池１０に空気を送るコンプレッサ１２と、燃料電池１０が生成する電気エネルギーを制御して出力する燃料電池ＥＣＵ１３とを備える。燃料電池ＥＣＵ１３は、水素ガスタンク１１からの水素ガスの供給が停止した状態の燃料電池１０に対して、電気エネルギーの出力を開始させる際、燃料電池１０から出力する電気エネルギーに対して目標出力電圧を設定し、燃料電池１０に対して、出力電圧を目標出力電圧に維持する電圧制御を行い、燃料電池１０に送られる空気の流量に対応する電気エネルギーを出力させる。さらに、燃料電池システム１０１は、燃料電池１０に送られる空気の流量を検出するための回転数センサ１２ｃを備え、燃料電池ＥＣＵ１３は、燃料電池１０に送られる空気の流量の検出に回転数センサ１２ｃによる検出値を使用する。 As described above, the fuel cell system 101 according to the embodiment of the present invention includes the fuel cell 10 that generates electric energy by reacting the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas tank 11 with oxygen in the air. The fuel cell system 101 further includes a compressor 12 that sends air to the fuel cell 10 and a fuel cell ECU 13 that controls and outputs electric energy generated by the fuel cell 10. When the fuel cell ECU 13 starts outputting electric energy to the fuel cell 10 in a state where the supply of hydrogen gas from the hydrogen gas tank 11 is stopped, the fuel cell ECU 13 sets a target output voltage for the electric energy output from the fuel cell 10. The voltage control is performed to maintain the output voltage at the target output voltage, and electric energy corresponding to the flow rate of air sent to the fuel cell 10 is output to the fuel cell 10. Further, the fuel cell system 101 includes a rotation speed sensor 12 c for detecting the flow rate of air sent to the fuel cell 10, and the fuel cell ECU 13 detects the flow rate of air sent to the fuel cell 10. Use the detected value.

このとき、燃料電池１０は、その出力電圧を目標出力電圧に維持しつつ、燃料電池１０に送られる空気の流量に対応する電気エネルギーを出力させることができる。これにより、燃料電池１０において、電圧の降下による出力低下を防ぐと共に、高電位になることによる耐久性低下を防ぐことができる。さらに、燃料電池１０では、生成した電気エネルギーが出力されて使用されるため、電圧の上昇をより効果的に防ぐことができる。 At this time, the fuel cell 10 can output electric energy corresponding to the flow rate of air sent to the fuel cell 10 while maintaining the output voltage at the target output voltage. Thereby, in the fuel cell 10, it is possible to prevent a decrease in output due to a voltage drop and a decrease in durability due to a high potential. Furthermore, in the fuel cell 10, since the generated electrical energy is output and used, it is possible to more effectively prevent a voltage increase.

さらに、上記の燃料電池システム１０１において、燃料電池ＥＣＵ１３は、燃料電池１０への空気流量に対応する燃料電池１０の電気エネルギーにおける出力電圧及び出力電流の相関関係に基づき、燃料電池１０に送られる空気の流量に対応する電気エネルギーに対する目標出力電圧に対応する出力電流を算出し、算出した出力電流及び目標出力電圧で燃料電池１０に電気エネルギーを出力させる。これにより、燃料電池ＥＣＵ１３は、目標出力電圧と、燃料電池１０への空気流量に対応する電気エネルギーとに基づき、出力電流を算出し、この出力電流で燃料電池１０に出力させる。よって、燃料電池１０は、その電圧を目標出力電圧に維持しつつ、燃料電池１０への空気流量に対応した最大の電気エネルギーを出力することができる。 Further, in the fuel cell system 101 described above, the fuel cell ECU 13 performs air sent to the fuel cell 10 based on the correlation between the output voltage and the output current in the electric energy of the fuel cell 10 corresponding to the air flow rate to the fuel cell 10. The output current corresponding to the target output voltage with respect to the electric energy corresponding to the flow rate is calculated, and the fuel cell 10 is made to output the electric energy with the calculated output current and the target output voltage. Thus, the fuel cell ECU 13 calculates an output current based on the target output voltage and the electric energy corresponding to the air flow rate to the fuel cell 10, and causes the fuel cell 10 to output the output current. Therefore, the fuel cell 10 can output the maximum electrical energy corresponding to the air flow rate to the fuel cell 10 while maintaining the voltage at the target output voltage.

また、上記の燃料電池システム１０１において、燃料電池ＥＣＵ１３は、目標出力電圧を設定する際に、燃料電池１０に供給する目標空気流量を設定し、目標空気流量に対応する電気エネルギーにおける出力電圧及び出力電流の相関関係に基づき、目標出力電圧を、出力電流を伴う出力電圧から設定する。これにより、燃料電池１０への空気流量が目標空気流量よりも低い場合における目標出力電圧での燃料電池１０の出力電流は、燃料電池１０への空気流量が目標空気流量である場合における目標出力電圧での燃料電池１０の出力電流よりも低くなり且つ０にはならない。よって、燃料電池１０への空気流量が目標空気流量よりも低い場合に、目標出力電圧での燃料電池１０から電流を出力させることができる。 In the fuel cell system 101 described above, the fuel cell ECU 13 sets a target air flow rate to be supplied to the fuel cell 10 when setting the target output voltage, and outputs an output voltage and output in electrical energy corresponding to the target air flow rate. Based on the correlation of the current, the target output voltage is set from the output voltage with the output current. Thus, the output current of the fuel cell 10 at the target output voltage when the air flow rate to the fuel cell 10 is lower than the target air flow rate is the target output voltage when the air flow rate to the fuel cell 10 is the target air flow rate. The output current of the fuel cell 10 becomes lower than 0 and does not become zero. Therefore, when the air flow rate to the fuel cell 10 is lower than the target air flow rate, current can be output from the fuel cell 10 at the target output voltage.

さらに、上記の燃料電池システム１０１において、燃料電池ＥＣＵ１３は、燃料電池１０に送られる空気の流量が目標空気流量以上になると、目標出力電流を設定し、設定した目標出力電流で燃料電池１０に電気エネルギーを出力させる。このとき、燃料電池１０に送られる空気の流量が目標空気流量以上の場合、空気流量に対応する電気エネルギーにおける出力電圧及び出力電流の相関関係から、燃料電池１０から引き出す出力電流を変化させても、出力電圧は所定の電圧値以上に維持され、過度な電圧降下を起こさない。よって、出力電流による燃料電池１０の出力制御が可能になり、所望の出力を得るのが容易になる。 Further, in the fuel cell system 101 described above, the fuel cell ECU 13 sets the target output current when the flow rate of the air sent to the fuel cell 10 is equal to or higher than the target air flow rate, and the fuel cell 10 is electrically connected to the set target output current. Output energy. At this time, if the flow rate of the air sent to the fuel cell 10 is equal to or higher than the target air flow rate, the output current drawn from the fuel cell 10 may be changed from the correlation between the output voltage and the output current in the electrical energy corresponding to the air flow rate. The output voltage is maintained above a predetermined voltage value and does not cause an excessive voltage drop. Therefore, the output control of the fuel cell 10 by the output current becomes possible, and it becomes easy to obtain a desired output.

また、燃料電池システム１０１は、燃料電池１０が生成する電気エネルギーの電圧及び電流を制御して出力するＤＣ−ＤＣコンバータ３１をさらに備え、燃料電池ＥＣＵ１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を通じて燃料電池１０が生成する電気エネルギーを出力する。これにより、燃料電池１０から出力する電圧及び電流の制御が容易になる。 The fuel cell system 101 further includes a DC-DC converter 31 that controls and outputs the voltage and current of electric energy generated by the fuel cell 10, and the fuel cell ECU 13 receives the fuel cell 10 through the DC-DC converter 31. Outputs the generated electrical energy. This facilitates control of the voltage and current output from the fuel cell 10.

また、実施の形態の燃料電池システム１０１では、燃料電池１０に供給される水素ガス及び空気の流量を、圧力センサ１４ｂが検出する水素ガス圧力及びコンプレッサ１２の回転数から算出していたが、これに限定されるものでない。水素供給管１４及び空気供給管１６のそれぞれに設けた流量センサによって、燃料電池１０に供給される水素ガス及び空気の流量を検出するようにしてもよい。
また、実施の形態の燃料電池システム１０１では、水素循環ポンプ１９は、水素循環管１５に設けられていたが、これに限定されるものでない。水素循環管１５が設けられない場合、水素循環ポンプ１９は、水素供給管１４に設けられてもよい。 In the fuel cell system 101 of the embodiment, the flow rates of the hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 10 are calculated from the hydrogen gas pressure detected by the pressure sensor 14b and the rotational speed of the compressor 12. It is not limited to. The flow rates of hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 10 may be detected by flow sensors provided in the hydrogen supply pipe 14 and the air supply pipe 16 respectively.
Further, in the fuel cell system 101 of the embodiment, the hydrogen circulation pump 19 is provided in the hydrogen circulation pipe 15, but is not limited thereto. When the hydrogen circulation pipe 15 is not provided, the hydrogen circulation pump 19 may be provided in the hydrogen supply pipe 14.

また、実施の形態の燃料電池システム１０１で用いられる燃料ガスは、水素ガスに限定されるものでなく、水素等の還元剤を含有するガスであればよい。さらに、燃料電池システム１０１で用いられる酸化剤ガスは、空気に限定されるものでなく、酸素等の酸化剤を含有するガスであればよい。
また、実施の形態では、燃料電池システム１０１は、フォークリフト等の車両に搭載されるとしていたが、これに限定されるものでなく、燃料電池と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１のような燃料電池から出力される電気エネルギーの電圧及び電流を制御可能な装置とを備える全てのシステムに搭載することができる。 In addition, the fuel gas used in the fuel cell system 101 of the embodiment is not limited to hydrogen gas, and may be a gas containing a reducing agent such as hydrogen. Furthermore, the oxidant gas used in the fuel cell system 101 is not limited to air, and may be any gas containing an oxidant such as oxygen.
In the embodiment, the fuel cell system 101 is mounted on a vehicle such as a forklift. However, the present invention is not limited to this. The fuel cell system 101 outputs from the fuel cell and the fuel cell such as the DC-DC converter 31. It can be installed in all systems that include devices capable of controlling the voltage and current of the electrical energy generated.

１０燃料電池、１１水素ガスタンク（燃料ガス供給源）、１２コンプレッサ（酸化剤ガスポンプ）、１２ｃ回転数センサ（酸化剤ガス流量検出手段）、１３ＥＣＵ（制御手段）、１０１燃料電池システム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell, 11 Hydrogen gas tank (fuel gas supply source), 12 Compressor (oxidant gas pump), 12c Rotational speed sensor (oxidant gas flow rate detection means), 13 ECU (control means), 101 Fuel cell system.

Claims

In a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by reacting a fuel gas supplied from a fuel gas supply source with an oxidant gas,
An oxidant gas pump for sending an oxidant gas to the fuel cell;
Control means for controlling and outputting electric energy generated by the fuel cell,
The control means includes
When starting the output of electrical energy for normal operation with respect to the fuel cell in a state where the supply of fuel gas from the fuel gas supply source is stopped,
Set a target output voltage for the electrical energy output from the fuel cell,
A fuel cell system that causes the fuel cell to output electric energy corresponding to a flow rate of an oxidant gas sent to the fuel cell while maintaining an output voltage at the target output voltage.

An oxidant gas flow rate detecting means for detecting a flow rate of the oxidant gas sent to the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit uses a value detected by the oxidant gas flow rate detection unit.

The control means includes
Based on the correlation between the output voltage and the output current in the electric energy of the fuel cell corresponding to the oxidant gas flow rate to the fuel cell,
Calculating an output current corresponding to the target output voltage with respect to electrical energy corresponding to the flow rate of the oxidant gas sent to the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein electric energy is output to the fuel cell with the calculated output current and the target output voltage.

The control means sets a target oxidant gas flow rate to be supplied to the fuel cell when setting the target output voltage,
The said target output voltage is set from the output voltage with an output current based on the correlation of the output voltage and output current in the electrical energy corresponding to the said target oxidant gas flow rate. Fuel cell system.

The control means sets a target output current when the flow rate of the oxidant gas sent to the fuel cell becomes equal to or higher than the target oxidant gas flow rate, and causes the fuel cell to output electric energy at the set target output current. The fuel cell system according to claim 4.

3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the oxidant gas flow rate detecting means detects the number of rotations of the oxidant gas pump and detects the oxidant gas flow rate to the fuel cell.